基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控方法及系统与流程

技术特征：

1.一种基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控方法，其特征在于，包括：

根据研究城市的交通路网结构拓扑参数，构建所述研究城市对应的路网复杂网络模型；所述路网复杂网络模型包括网络节点和网络连边；

确定所述研究城市对应的路段相关信息，并基于所述路段相关信息、ltm交通流传播模型和所述路网复杂网络模型，搭建所述研究城市对应的交通路网拥堵传播仿真框架；所述路段相关信息包括路段相关参数和路网特性信息；所述路段相关参数包括双向车流传输路段、路段内实时荷载车流、路段上游交通需求量和路段下游交通流量；所述路网特性信息包括研究时间段信息；所述交通路网拥堵传播仿真框架为根据路段上游交通需求量和路段剩余容量的对应关系搭建能够对路段内实时荷载车流进行更新的仿真框架；

确定所述研究城市的调控区域，并根据所述调控区域和所述交通路网拥堵传播仿真框架，构建所述调控区域对应的基于蚁群交哺策略的交通拥堵智能调控模型；所述交通拥堵智能调控模型包括蚂蚁调控单元以及所述蚂蚁调控单元周围的近邻调控单元；所述蚂蚁调控单元是基于所述交通路网拥堵传播仿真框架的网络节点确定的；

运行所述交通路网拥堵传播仿真框架，然后根据所述基于蚁群交哺策略的交通拥堵智能调控模型，对所述调控区域的路网交通流拥堵状态进行调控。

2.根据权利要求1所述的一种基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控方法，其特征在于，所述根据研究城市的交通路网结构拓扑参数，构建所述研究城市对应的路网复杂网络模型，具体包括：

分析抽取所述研究城市的交通路网的节点以及所述节点对应的拓扑结构参数；

分析抽取所述研究城市的交通路网的各节点间的交联关系以及所述交联关系对应的拓扑结构参数；

将所述节点确定为网络节点，并根据所述网络节点构建点集；

将所述交联关系确定为网络连边，并根据所述网络连边构建边集；

基于所述点集、所述边集、所述节点对应的拓扑结构参数以及所述交联关系对应的拓扑结构参数，构建所述研究城市对应的路网复杂网络模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控方法，其特征在于，所述确定所述研究城市对应的路段相关信息，并基于所述路段相关信息、ltm交通流传播模型和所述路网复杂网络模型，搭建所述研究城市对应的交通路网拥堵传播仿真框架，具体包括：

确定所述研究城市对应的路段相关信息；所述路段相关信息包括路段相关参数和路网特性信息；

在所述路网复杂网络模型上添加所述路段相关参数，并赋予所述路段相关参数的初始值；

根据所述路网特性信息确定三角形基本图参数；所述三角形基本图参数包括路段下游最大输出流量、临界密度和拥堵密度；

基于添加路段相关参数后的路网复杂网络模型、所述三角形fd参数和时域驱动引擎，按照ltm交通流传播模型限定的规则对路网交通流状态进行实时更新，并当更新结束时建立所述研究城市对应的交通路网拥堵传播仿真框架。

4.根据权利要求1所述的一种基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控方法，其特征在于，所述运行所述交通路网拥堵传播仿真框架，然后根据所述基于蚁群交哺策略的交通拥堵智能调控模型，对所述调控区域的路网交通流拥堵状态进行调控，具体包括：

运行更新后的交通路网拥堵传播仿真框架；所述更新后的交通路网拥堵传播仿真框架是根据仿真模型扰动参数，对所述交通路网拥堵传播仿真框架进行更新得到的；所述仿真模型扰动参数为在k个网络节点对应的每条下游路段统一增加的路段上游交通需求量；

遍历每个路段，确定每个路段对应的路段上游交通需求量；具体为：计算当前路段对应的路段下游交通流量，并通过随机方式分配，转化为下游路段对应的路段上游交通需求量；所述下游路段为所述当前路段关联的下游的路段；

根据所述基于蚁群交哺策略的交通拥堵智能调控模型，对所述调控区域的路段上游交通需求量进行重新分配；

当重新分配结束后，遍历每个路段，更新路网交通流拥堵状态；具体为：根据当前路段对应的路段上游交通需求量和当前路段对应的当前剩余容量更新路网交通流拥堵状态。

5.根据权利要求4所述的一种基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控方法，其特征在于，所述根据所述基于蚁群交哺策略的交通拥堵智能调控模型，对所述调控区域的路段上游交通需求量进行重新分配，具体包括：

对每个蚂蚁调控单元，读取所述蚂蚁调控单元自身积累的总上游交通需求量；

根据管控服从系数和所述蚂蚁调控单元自身积累的总上游交通需求量，计算每个蚂蚁调控单元的交哺总量；

对每个蚂蚁调控单元，读取所述蚂蚁调控单元对应的近邻调控单元各自积累的上游交通需求量；

基于每个所述蚂蚁调控单元的交哺总量和每个所述近邻调控单元的上游交通需求量，按交哺规则，计算各下游路段重分配后得到的上游交通需求量。

6.一种基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控系统，其特征在于，包括：

路网复杂网络模型构建模块，用于根据研究城市的交通路网结构拓扑参数，构建所述研究城市对应的路网复杂网络模型；所述路网复杂网络模型包括网络节点和网络连边；

交通路网拥堵传播仿真框架搭建模块，用于确定所述研究城市对应的路段相关信息，并基于所述路段相关信息、ltm交通流传播模型和所述路网复杂网络模型，搭建所述研究城市对应的交通路网拥堵传播仿真框架；所述路段相关信息包括路段相关参数和路网特性信息；所述路段相关参数包括双向车流传输路段、路段内实时荷载车流、路段上游交通需求量和路段下游交通流量；所述路网特性信息包括研究时间段信息；所述交通路网拥堵传播仿真框架为根据路段上游交通需求量和路段剩余容量的对应关系搭建能够对路段内实时荷载车流进行更新的仿真框架；

交通拥堵智能调控模型构建模块，用于确定所述研究城市的调控区域，并根据所述调控区域和所述交通路网拥堵传播仿真框架，构建所述调控区域对应的基于蚁群交哺策略的交通拥堵智能调控模型；所述交通拥堵智能调控模型包括蚂蚁调控单元以及所述蚂蚁调控单元周围的近邻调控单元；所述蚂蚁调控单元是基于所述交通路网拥堵传播仿真框架的网络节点确定的；

调控模块，用于运行所述交通路网拥堵传播仿真框架，然后根据所述基于蚁群交哺策略的交通拥堵智能调控模型，对所述调控区域的路网交通流拥堵状态进行调控。

7.根据权利要求6所述的一种基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控系统，其特征在于，所述路网复杂网络模型构建模块，具体包括：

节点信息确定单元，用于分析抽取所述研究城市的交通路网的节点以及所述节点对应的拓扑结构参数；

交联关系确定单元，用于分析抽取所述研究城市的交通路网的各节点间的交联关系以及所述交联关系对应的拓扑结构参数；

点集构建单元，用于将所述节点确定为网络节点，并根据所述网络节点构建点集；

边集构建单元，用于将所述交联关系确定为网络连边，并根据所述网络连边构建边集；

路网复杂网络模型构建单元，用于基于所述点集、所述边集、所述节点对应的拓扑结构参数以及所述交联关系对应的拓扑结构参数，构建所述研究城市对应的路网复杂网络模型。

8.根据权利要求6所述的一种基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控系统，其特征在于，所述交通路网拥堵传播仿真框架搭建模块，具体包括：

路段相关信息确定单元，用于确定所述研究城市对应的路段相关信息；所述路段相关信息包括路段相关参数和路网特性信息；

添加单元，用于在所述路网复杂网络模型上添加所述路段相关参数，并赋予所述路段相关参数的初始值；

三角形基本图参数确定单元，用于根据所述路网特性信息确定三角形基本图参数；所述三角形基本图参数包括路段下游最大输出流量、临界密度和拥堵密度；

交通路网拥堵传播仿真框架搭建单元，用于基于添加路段相关参数后的路网复杂网络模型、所述三角形fd参数和时域驱动引擎，按照ltm交通流传播模型限定的规则对路网交通流状态进行实时更新，并当更新结束时建立所述研究城市对应的交通路网拥堵传播仿真框架。

9.根据权利要求6所述的一种基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控系统，其特征在于，所述调控模块，具体包括：

运行单元，用于运行更新后的交通路网拥堵传播仿真框架；所述更新后的交通路网拥堵传播仿真框架是根据仿真模型扰动参数，对所述交通路网拥堵传播仿真框架进行更新得到的；所述仿真模型扰动参数为在k个网络节点对应的每条下游路段统一增加的路段上游交通需求量；

第一遍历单元，用于遍历每个路段，确定每个路段对应的路段上游交通需求量；具体为：计算当前路段对应的路段下游交通流量，并通过随机方式分配，转化为下游路段对应的路段上游交通需求量；所述下游路段为所述当前路段关联的下游的路段；

重新分配单元，用于根据所述基于蚁群交哺策略的交通拥堵智能调控模型，对所述调控区域的路段上游交通需求量进行重新分配；

第二遍历单元，用于当重新分配结束后，遍历每个路段，更新路网交通流拥堵状态；具体为：根据当前路段对应的路段上游交通需求量和当前路段对应的当前剩余容量更新路网交通流拥堵状态。

10.根据权利要求9所述的一种基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控系统，其特征在于，所述重新分配单元，具体包括：

第一读取子单元，用于对每个蚂蚁调控单元，读取所述蚂蚁调控单元自身积累的总上游交通需求量；

计算子单元，用于根据管控服从系数和所述蚂蚁调控单元自身积累的总上游交通需求量，计算每个蚂蚁调控单元的交哺总量；

第二读取子单元，用于对每个蚂蚁调控单元，读取所述蚂蚁调控单元对应的近邻调控单元各自积累的上游交通需求量；

重新分配子单元，用于基于每个所述蚂蚁调控单元的交哺总量和每个所述近邻调控单元的上游交通需求量，按交哺规则，计算各下游路段重分配后得到的上游交通需求量。

技术总结
本发明提供了一种基于蚁群交哺策略的交通网络拥堵调控方法及系统，涉及交通科学与网络科学交叉技术领域，考虑到城市交通路网巨系统的异构性、涌现性、非线性、多重耦合性等多种复杂特性，本发明基于复杂网络，应用经典的LTM交通流模型模拟城市交通路网来搭建出适用于城市交通路网拥堵传播规律的复杂网络交通流传播仿真框架，然后在复杂网络交通流传播仿真框架上，构建基于蚁群交哺‑交哺行为启发的交通拥堵智能调控模型，使极为复杂的宏观路网整体调控问题分解为成千上万的、微小的节点控制单元的简单局部调控问题，从顶层策略设计层面对城市交通路网拥堵问题进行有效缓解。

技术研发人员：李大庆;赵稀
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2021.06.16
技术公布日：2021.08.10